土木工程专业毕业设计计算书稿.doc
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This design is a six-story office building, structure is a frame structure, according to the requirements of the specification, construction USES the existent, now office building is mostly adopts frame structure, the design adopts horizontal framework weighing, in the process of the graduation design, took one out cross calculation, according to the requirements of task book, the seismic design of buildings don't have to do, want to consider under the action of dead load, live load and wind load, internal force calculation for the role of dead load and live load effect using iterative method to calculate, the role of wind load using the D value method, in the process of design and calculation, are in accordance with the relevant specification and related economic indicators to do design, also consider construction process is relatively easy to a problem. Key word:structural calculation; The bending moment secondary distribution me -thod Seismic design 目 录 1.设计资料 1 1.1 工程概况 1 1.2 建筑材料选择 1 2.结构设计 2 2.1 布置及梁柱截面初估 2 2.1.1结构的选型与布置 3 2.1.2框架计算简图及柱线刚度 3 2.2 梁柱刚度计算 4 2.2.1框架梁的线刚度计算 4 3.荷载计算 6 3.1 竖向荷载计算 6 3.1.1恒荷载标准值计算 6 3.1.2恒荷载标准值计算 7 3.1.3竖向荷载下框架受荷总图 7 3.1.4竖向荷载内力计算 12 3.2 风荷载计算 27 3.2.1风荷载标准值计算 27 3.3 .2 风荷载作用下的侧移计算 35 4.内力组合 35 4.1 支座边缘处的内力值的计算 35 4.1.1弯矩计算 36 4.1.2竖向荷载作用下框架内力调幅 36 4.2 组合前内力的调整 36 4.2.1内力的调整 36 4.2.2内力组合 39 5.配筋计算 47 5.1 框架柱和梁的截面设计 47 5.1.1柱的配筋计算 47 5.1.2梁的配筋计算 49 5.2 板的配筋计算 50 参考文献 55 致 谢 57 1.设计资料 1.1.工程概况 1.本工程为邵东县教育局的办公楼,工程为现浇钢筋混凝土框架结构。结构布置图如图1所示: 图1 结构布置图 2.工程概况:平面尺寸为42.9m×18m,7层,第一层为3.9m,每层层高均为3.6m,室内外高差为0.6m,基础顶面离室外地面0.5m,设计使用年限为50年。 3.基本风压:wk=0.35kN/m2,地面粗糙程度为B类。 4.地质资料:a.基础底面持力为中砂,地基承载力特征值fak=200kpa。 b.地基主要受力层范围内无软弱粘性土层,且底面下15m深度范围内为不液化土层,底面下深度20m范围内土层的等效剪切波速Vse=205m/s,覆盖层厚度超过50m,不考虑冻土深度。 1.2 建筑材料选择 1.混凝土:柱、梁、板、楼梯的混凝土强度等级采用C30; 2.钢筋:纵向受力钢筋采用热扎钢筋HRB400,其余采用热扎钢筋HPB235; 3.墙身做法:采用加气混凝土砌块做隔离墙,设计容重为7.5kN/m3; 4.楼面做法:10厚地砖铺实拍平,水泥浆擦缝;30厚1:4干硬性水泥砂浆;素水泥浆结合层合一遍: 5.屋面做法:10厚地砖铺实拍平,缝宽5-8,1:1水泥浆填缝;25厚1:4干硬性水泥砂 浆;满铺0.5厚聚乙烯薄膜一层;1.2厚氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材;1.5厚聚氨酯防水涂料;刷基层处理剂一遍;20厚1:2.5水泥砂浆找平层;平均厚度为50,1:8水泥珍珠岩保温层;干铺50厚挤塑聚苯乙烯塑料板;20厚1:2.5水泥砂浆找平层 6.板:厚度取为120mm厚。 2.结构设计 2.1 布置及梁柱截面初估 通过分析建筑平面布置可以确定的结构平面布置图,边柱的承载范围为3.9m3.75m,中柱的承载范围是4.95m3.9m。楼面面荷载根据规范可以取近似值12计算。 框架结构的主梁截面宽度和高度可以这样确定: h=(1/8 -1/12)L b=(1/2 -1/3)h 且>200mm,估算出的梁截面尺寸如下: 横向框架梁: AB跨;BC跨250mm400mm 纵向框架: bh=250450mm 柱的轴压比应满足该公式: C30混凝土 边柱 AC 中柱(1) 1.2是边柱荷载分项系数,1.4是中柱荷载分项系数,8表示最底层柱承受上面8层所有的荷载。N按底层中柱边柱的负荷面积考虑。经过考虑取柱截面的形状为正方形,综合考虑边柱,中柱(1)截面为,中柱(2)截面尺寸纵向受拉钢筋抗震锚固长度,梁的内部钢筋我们应该选取伸至边柱内长度 : 2.1.1结构的选型与布置 1)结构选型 本结构只有5层,为邵东县教育局办公楼。地处邵阳地区不用考虑抗震,为了便于管理,采用大开间,为了使结构的整体刚度较好,楼面、楼梯、天沟等采用现浇结构。基础为柱下独立基础(阶梯型基础)。 2)结构布置 高层框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系,框架梁、柱中心线宜重合。当梁、柱偏心距大于该方向柱宽时,宜采用增设梁的水平加腋等措施。 2.1.2框架计算简图及柱线刚度 图2 框架计算简图 2.2 梁柱刚度计算 2.2.1框架梁的线刚度计算 由于楼面板与框架梁的混凝土一起浇筑,中框架梁取I=2I0,如图表1所示,边框架梁取I=1.5I0,E=3.0×104N/mm2 表1 梁的线刚度 类别 Ec(N/mm2) b×h(mm×mm) I。(mm4) L(mm) EcI。/l(N·mm) 2EcI。/l (N·mm) A-B间梁 3×104 300×600 5.4×109 7500 2.15×1010 4.3×1010 B-C间梁 3×104 250×400 1.33×109 2400 1.6×1010 3.2×1010 表2 柱的线刚度 层次 hc(mm) Ec(N/mm2) b×h(mm×mm) Ic EcI。/hc(N·mm) 备注 1 3900 30000 450×450 3.42×109 2.61×1010 2-7 3600 30000 450×450 3.42×109 2.9×1010 取为1 令柱i=1.0,则其余杆件的相对线刚度为: A-B跨梁= B-C跨梁= A-D轴首层柱= 框架梁、柱的相对刚度如图3,作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。 图3 梁柱的相对线刚度 3.荷载计算 3.1 竖向荷载计算 为了便于今后的内力组合,荷载计算宜按标准值计算。 3.1.1恒荷载标准值计算 屋面: 10厚地砖铺实拍平,缝宽5-8,1:1水泥浆填缝 25厚1:4干硬性水泥砂浆 满铺0.5厚聚乙烯薄膜一层 1.2厚氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材1.2kN/m2 1.5厚聚氨酯防水涂料 刷基层处理剂一遍 20厚1:2.5水泥砂浆找平层 平均厚度为50,1:8水泥珍珠岩保温层 干铺50厚挤塑聚苯乙烯塑料板 20厚1:2.5水泥砂浆找平层 120厚钢筋混凝土屋面板0.12×25=3.0kN/m2合计6.2kN/m2 楼面: 10厚地砖铺实拍平,水泥浆擦缝 40厚1:4干硬性水泥砂浆2.3kN/m2 素水泥浆结合层一遍 120厚钢筋混凝土屋面板0.12×25=3.0kN/m2 合计6.3kN/m2 梁自重: 边横梁:b×h=300×600mm 自重25×0.3×(0.6-0.12)=3.6kN/m2 抹灰层(0.6-0.12)×0.02×17×2+0.02×0.3×17=0.43kN/m2 合计4.03kN/m2 边横梁:b×h=250×400mm 自重25×0.25×(0.4-0.12)=1.75kN/m2 抹灰层(0.4-0.12)×0.02×17×2+0.02×0.25×17=0.28kN/m2 合计2.03kN/m2 中横梁:b×h=300×600mm 自重25×0.3×(0.6-0.12)=3.6kN/m2 抹灰层(0.6-0.12)×0.02×17×2+0.02×0.3×17=0.43kN/m2 合计4.03kN/m2 中横梁:b×h=250×400mm 自重25×0.25×(0.4-0.12)=1.75kN/m2 抹灰层(0.4-0.12)×0.02×17×2+0.02×0.25×17=0.28kN/m2 合计2.03kN/m2 边纵梁:b×h=250×400mm 自重25×0.25×(0.4-0.12)=1.75kN/m2 抹灰层(0.4-0.12)×0.02×17×2+0.02×0.25×17=0.28kN/m2 合计2.03kN/m2 柱自重: b×h=450×450mm 自重25×0.45×0.45=5.06kN/m2 粉刷(0.45×2+0.28)×0.014×17=0.3kN/m2 合计5.34kN/m2 墙自重计算(墙厚200): 标准层内墙自重 纵墙0.2×(3.6-0.7)×7.5=4.35kN/m 内纵墙粉刷0.02×(3.6-0.7)×17×2=1.972kN/m 合计6.322kN/m 外墙自重: 纵墙0.24×(3.6-0.4)×7.5=4.73kN/m 内纵墙粉刷0.02×(3.6-0.45)×17=1.08kN/m 外墙装饰3.6×0.4=1.44kN/m 合计8.28kN/m 3.1.2恒荷载标准值计算 上人屋面 2.0kN/m2 楼面,办公室 2.0kN/m2 走廊 2.5kN/m2 3.1.3竖向荷载下框架受荷总图 1)轴间框架梁(梯形荷载取0.3) 1.屋面板传给梁的荷载:导荷方式如右图4所示 恒载: 6.3×(3.9/2)×(1-2×0.32+0.33)×2=20.8kN/m 活载: 2×(3.9/2)×(1-2×0.32+0.33)×2=7.1kN/m 2.楼面板传给梁的荷载 恒载: 6.2×(3.9/2)×(1-2×0.32-0.33)×2=20.5kN/m 活载: 2×(3.9/2)×(1-2×0.32-0.33)×2=7.1kN/m 轴间框架梁(三角形荷载): 屋面板传给梁的荷载: 恒载: 6.3×(2.4/2)×(5/8)×2=9.45kN/m 活载: 2×(2.4/2)×(5/8)×2=3kN/m 楼面板传给梁的荷载 恒载: 6.2×(2.4/2)×(5/8)×2=9.3kN/m 活载: 2×(2.4/2)×(5/8)×2=3kN/m 图4 荷载传递示意图 最终换算成线荷载值: 1.轴间框架梁:屋面梁恒载=梁自重+板传荷载 =4.03+20.8=24.83kN/m 活载=板传荷载 =7.1kN/m 楼面梁恒载=梁自重+板传荷载+墙体恒重 =4.03+20.8+6.32=31.94KN/m 活载=板传荷载 =7.1kN/m 2.轴间框架梁:屋面梁恒载=梁自重+板传荷载 =2.03+9.43=11.46kN/m 活载=板传荷载 =7.1kN/m 楼面梁恒载=梁自重+板传荷载+墙体恒重 =2.03+9.43+7.11=11.46kN/m 活载=板传荷载 =3kN/m 各轴柱纵向集中荷载计算: 1.A轴柱纵向集中荷载计算 女儿墙自重:(做法:高1.1m,100mm厚混凝土压顶) 0.24×0.8×18+25×0.1×0.24+(0.9×2+0.24)×0.5=5.076KN/m 天沟自重:(琉璃瓦+现浇天沟)1.05×1.1=1.045KN/m 现浇天沟自重:25×[0.6+(0.2-0.8)]×0.08+(0.6+0.2)×(0.5+0.36) =2.13KN/m 合计3.18KN/m 顶层柱: 恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载 =(5.076+3.18)×3.9+2.03×(3.9-0.45)+20.8×0.5×7.5 =104.8KN 活载=板传荷载 =7.1×0.5×7.5 =26.6KN 标准层柱: 恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 =6.322×(3.9-0.45)+2.03×(3.9-0.45)+20.5×0.5×7.5 =105.6KN 活载=板传荷载 =7.1×0.5×7.5 =26.6KN 基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重 =7.11×(3.9-0.45)+2.5×(3.9-0.45 =30.43KN 2.B轴柱纵向集中荷载计算 顶层柱: 恒载=梁自重+板传荷载 =2.03×(3.9-0.45)+20.8×0.5×7.5+9.45×0.5×2.4 =96.34KN 活载=板传荷载 =7.1×0.5×6.9+3×0.5×2.4 =30.22KN 标准层柱: 恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 =6.322×(3.9-0.45)+2.03×(3.9-0.45)+20.5×0.5×7.5+9.3×0.5×2 =116.80KN 活载=板传荷载 =7.1×0.5×6.9+6.09×0.5×2.4 =30.22KN 基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重 =6.322×(3.9-0.45)+2.5×(3.9-0.45 =30.44KN 3.C轴柱纵向集中荷载计算 顶层柱: 恒载=梁自重+板传荷载 =2.03×(3.9-0.45)+(5.076+3.18)3.9 =50.4 活载=板传荷载 =7.1×0.5×2.4 =8.52KN 标准层柱: 恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 =6.322×(3.9-0.45)+2.03×(3.9-0.45)+9.45×0.5×2.4 =105.39KN 活载=板传荷载 =3×0.5×2.4 =4KN 基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重 =6.322×(3.9-0.45)+2.5×(3.9-0.45)+2.5×(3.9-0.45) =30.43KN 竖向受荷总图如下图5所示: 图5 恒荷载竖向受荷图 + 图6 活荷载竖向受荷图 3.1.4竖向荷载内力计算 恒载作用下内力计算(采用弯矩二次分配法) A-B轴间梁,恒载产生的屋面固端弯矩 =-=-24.83×7.52/12=-116.39kN·m(顶层) =-=-31.90×7.52/12=-105.6kN·m(标准层) B-C轴间梁,恒载产生的屋面固端弯矩 =-=-11.46×2.42/12=-5.5kN·m(顶层) =-=-17.65×2.42/12=-8.47kN·m(标准层) 活载作用下内力计算(采用弯矩二次分配法): A-B轴间梁,活载产生的屋面固端弯矩 =-=-7.1×7.52/12=-33.28kN·m(顶层) =-=-7.1×7.52/12=-33.28kN·m(标准层) B-C轴间梁,活载产生的屋面固端弯矩 =-=-3×2.42/12=-1.44kN·m(顶层) =-=-3×2.42/12=-1.44kN·m(标准层) 对活载采用逐跨布置的方式: 活载:只对A-B跨布置活载,二次分配及弯矩图见后图 活载:只对A-B跨布置活载,二次分配及弯矩图见后图 活载④:只对A-B跨布置活载,二次分配及弯矩图见后图 以下为恒载与活载作用下的二次分配计算,M、N、V图, 图 表3 恒载作用下弯矩分配表 图6 恒载作用下的弯矩分配表(KN·m) 当已知框架的M图求V图以及N图时,可采用结构力学取脱离体的方法进行计算,如已知杆件(梁或柱)两端的弯矩, 其剪力:=-(+)/l =-(+)/l 式中,-----简支梁支座左端和右端的剪力标准值,当梁上无荷载作用时,==0,剪力以使所取隔离体产生顺时针转动为正; ,-------梁端弯矩标准值,以绕杆端顺时针为正,反之为负。 图3-5V及M的计算简图 已知某点上柱传来的轴力Nu和左,右传来的剪力Vl,Vr时,其下柱的轴力 Nl=Nu-Nl+Vr 式中Nu,Nl以压力为正,拉力为负。 图7 恒载作用下的弯矩分配图(单位KN·m) 图8 恒载作用下的弯矩分配剪力图(单位KN) 图9 恒载作用下的轴力图(单位KN) 表4 活载仅作用在AB跨的弯矩分配表 图10 活载作用在AB跨的弯矩图(单位KN·m) 图11 活载作用在AB跨上的剪力图(单位KN) 图12 活载仅作用在AB跨轴力图 图13 活载仅作用在BC跨上的弯矩分配图(单位KN·m) 表5 活荷载仅作用在BC上的弯矩分配表 图13 活载仅作用在BC跨的弯矩图(单位KN·m) 图14 活载仅作用在BC 跨上的剪力图(单位KN) 图15 活荷载仅作用在BC跨上的轴力图(单位KN) 3.2 风荷载计算 本节计算以左风为例。 3.2.1风荷载标准值计算 一、作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值: 为了简化计算起见,通常将计算单元范围内外墙面的分布风荷载,化为等量的作用于楼面集中风荷载,计算过程见表3-1。计算公式如下: (3-1) βz—风振系数,本建筑物高度<30m,故βz=1.0 μs—风荷载体型系数迎风时μs1=+0.8,背风时μs2=-0.5,则μs=0.8+0.5=1.3 μz—风压高度变化系数,地面粗糙度为B类 w0—基本风压0.35kN/m2 hi,hj—上下层柱高,对顶层为女儿墙高度的2倍; B—计算单元迎风面的宽度,B=7.2m. 表6 各层楼面处集中风荷载标准值 h 离地高度z/m (kN/m2) /m /m /m 5 19.8 1.03 1.91 1.3 0.35 4.5 3 24.17 4 16.2 0.96 1.83 1.3 0.35 4.5 4.5 25.90 3 12.6 0.89 1.75 1.3 0.35 4.5 4.5 22.96 2 9 0.74 1.73 1.3 0.35 4.5 4.5 19.09 1 5.4 0.74 1.55 1.3 0.35 4.5 4.5 16.91 二、风荷载作用下的位移验算 位移计算时,各荷载均采用标准值. 1.侧移刚度D,见下表3 表7 侧移刚度 构件名称 A轴柱 7.46/6.89=1.08 0.513 19200.90 B轴柱 (7.46+2.9)/6.89=1.50 0.571 21371.70 C轴柱 (7.146+2.9)/6.89=1.46 0.566 21184.60 ∑D=61757.2KN/m 表8 横向2-5层D值的计算 构件名称 A轴柱 (2×7.46)/(2×9)=0.83 0.293 24415.70 B轴柱 (7.46+2.9)×2/(2×9)=1.15 0.365 30416.70 C轴柱 (7.146+2.9)×2/(2×9)=1.12 0.359 29916.70 ∑D=8474KN/m 2.风荷载作用下框架侧移计算 水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算 △j=Vj/∑Dij(3-2) j层侧移 uj=(3-3) 顶点侧移u=(3-4) 框架在风荷载作用下侧移的计算见表3-4。 表9 风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比计算 层次 wi(KN/m) vj 5 7.67 23.05 108333.50 0.00021 1/17142 4 7.28 30.33 108333.50 0.00028 1/10588 3 6.64 36.97 108333.50 0.00034 1/10588 2 6.39 43.36 108333.50 0.00040 1/9000 1 6.92 50.28 80696.10 0.00062 1/6667 uj=0.0021m;1/6667<1/550满足要求 侧移验算: 对于框架结构,楼层层间最大位移与层高之比的限值为1/550。本框架的层间最大位移与层高之比在底层,其值为1/6667,满足:1/6667<1/550要求,框架抗侧移刚度足够。 2风荷载标准值作用下的内力计算 一、框架在风荷载(从左向右吹)下的内力用D值法进行计算,其步骤为: 1.求各柱反弯点处的剪力值; 2.求各柱反弯点高度; 3.求各柱的杆端弯矩及梁端弯矩; 4.求各柱的轴力和梁剪力。 第i层第m柱所分配的剪力为: (3-5) (3-6) 其中为第i层楼面处集中风荷载标准值,为第i层第m根柱的抗侧刚度。 表10 A轴框架柱反弯点位置 层号 h/m- 配套讲稿:
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